60 jaar NETZSCH-Gerätebau: De geschiedenis van de laserflitsapparatuur

De laser- of lichtflitsmethode stamt uit studies van Parker et al. in het jaar 1961. Hun citaat uit die tijd brengt de voordelen van deze methode aan het licht: "De elegantie van de methode ligt in het effect dat een meting van thermische parameters die normaal gesproken vervelend is - zoals absolute temperatuur en/of warmtehoeveelheid - wordt vervangen door een nauwkeurigere, directere en snellere meting van tijd en van de relatieve temperatuurstijging." [Parker et al. (1961)]

Samenwerkingsovereenkomst met het Karlsruhe Nuclear Research Center

Het meten van de Thermische diffusieThermische diffusie (a met de eenheid mm2/s) is een materiaalspecifieke eigenschap voor het karakteriseren van onstabiele warmtegeleiding. Deze waarde beschrijft hoe snel een materiaal reageert op een verandering in temperatuur.thermische diffusie als functie van de temperatuur werd al in de jaren 1980 steeds belangrijker. Als men de Thermische diffusieThermische diffusie (a met de eenheid mm2/s) is een materiaalspecifieke eigenschap voor het karakteriseren van onstabiele warmtegeleiding. Deze waarde beschrijft hoe snel een materiaal reageert op een verandering in temperatuur.thermische diffusie van een materiaal of component kent, kan men de Thermische geleidbaarheidThermische geleidbaarheid (λ met de eenheid W/(m-K)) beschrijft het transport van energie - in de vorm van warmte - door een massa-lichaam als gevolg van een temperatuurgradiënt (zie fig. 1). Volgens de tweede wet van de thermodynamica stroomt warmte altijd in de richting van de lagere temperatuur.thermische geleidbaarheid berekenen, op voorwaarde dat de dikte en de soortelijke warmte bekend zijn. Deze bepaling van de Thermische geleidbaarheidThermische geleidbaarheid (λ met de eenheid W/(m-K)) beschrijft het transport van energie - in de vorm van warmte - door een massa-lichaam als gevolg van een temperatuurgradiënt (zie fig. 1). Volgens de tweede wet van de thermodynamica stroomt warmte altijd in de richting van de lagere temperatuur.thermische geleidbaarheid, vooral als functie van de temperatuur, was belangrijk omdat hiermee voor het eerst de dimensionering van constructiesystemen voor computers, reactiekamers in de chemische productie, vliegtuigmotoren, aandrijfmechanismen, enz. kon worden berekend. Ook voor de metaalgiettechnologie blijft Thermische geleidbaarheidThermische geleidbaarheid (λ met de eenheid W/(m-K)) beschrijft het transport van energie - in de vorm van warmte - door een massa-lichaam als gevolg van een temperatuurgradiënt (zie fig. 1). Volgens de tweede wet van de thermodynamica stroomt warmte altijd in de richting van de lagere temperatuur.thermische geleidbaarheid een belangrijke rol spelen.

Alle bestaande instrumenten waren in die tijd open systemen, d.w.z. de laser stond frei. Het systeem was horizontaal opgesteld, dus de monsters moesten verticaal worden ingebracht. Beschermende ruimtes en laserbrillen waren dus essentieel.

Het eerste gesloten systeem komt op de markt

Zo kwam het dat in oktober 1989 een samenwerkingsovereenkomst werd getekend tussen de afdeling "Technology Transfer" Coordination Department van het Karlsruhe Nuclear Research Center, LLC en NETZSCH-Gerätebau, om samen een nieuw apparaat te ontwikkelen voor het bepalen van Thermische diffusieThermische diffusie (a met de eenheid mm2/s) is een materiaalspecifieke eigenschap voor het karakteriseren van onstabiele warmtegeleiding. Deze waarde beschrijft hoe snel een materiaal reageert op een verandering in temperatuur.thermische diffusie - bekend als een Laser Flash Apparatus. Het Instituut voor Materiaalonderzoek van het Nuclear Research Center beschikte over de knowhow met betrekking tot deze meettechnologie en in het bijzonder ook op het gebied van sensoren en lasers; NETZSCH-Gerätebau had de nodige capaciteiten op het gebied van precisie-engineering, de technologie voor regeling, besturing en meting, en ovenbouw.

Deze gebundelde kennis plus 30 jaar ervaring resulteerden in het eerste gesloten Laser Flash Apparaat, de LFA 427, dat na een korte ontwikkelingstijd van drie jaar in 1992 op de markt werd gebracht.

Het omvatte een temperatuurbereik van 20°C tot 2000°C.

Het hele instrument bestond voornamelijk uit een monsterhouder, een ovensysteem met een interne kamer die geëvacueerd kon worden, een laser die in pulsmodus werkte, een temperatuursensorsysteem en de bijbehorende elektronica voor regeling, voeding en gegevensregistratie. Een PC - snel voor die tijd - verwerkte de gegevens en zorgde voor een handige grafische weergave. De LFA 427 was een briljante nieuwe ontwikkeling die voor het eerst op de wereldmarkt kwam als een volledig gesloten systeem en vandaag de dag nog steeds zeer succesvol is.

Vanaf dat moment was het mogelijk om apparaten in het laboratorium op te stellen zonder dat beschermende maatregelen tegen laserlicht nodig waren. Zelfs de opstelling van het monster werd aanzienlijk vereenvoudigd: Omdat de laser nu verticaal stond, kon het monster er gewoon op worden gelegd, wat ook minder warmteverlies naar de houder betekende.

Ludwig Hagemann, nu 85 jaar jong, heeft onlangs een oude DELL laptop met Windows ME 2000 en een diskettestation geactiveerd en er Harvard Graphics 3.0 met CorelDRAW 4 en WORD 97 op geïnstalleerd - om de oude LFA brochurebestanden opnieuw te maken. De heer Hagemann werkte van 1991 tot 1999 als Application Specialist op NETZSCH, voordat hij met welverdiend pensioen ging. De LFA was zijn "kindje". Veel dank aan de heer Hagemann, die ons heeft voorzien van zeer gewaardeerd historisch materiaal.

^{LFA in kernonderzoek}

Laserflitsapparaten werden en worden nog steeds gebruikt in gebieden zoals nucleair onderzoek, omdat vooral hier kennis over de thermische eigenschappen van de gebruikte materialen een essentiële veiligheidsfactor is.

^{LFA gebruikersvergaderingen}

In 1995, 1997 en 1999 vonden de eerste LFA gebruikersbijeenkomsten plaats. Hier ontmoetten praktijkexperts en NETZSCH experts elkaar om toepassingsvoorbeelden en de nieuwste ontwikkelingen te bespreken en om kennis te maken met nieuwe accessoires. Deze gebruikersbijeenkomsten werden geleid door onze toenmalige laboratoriumdirecteur, Dr. Jack Henderson.

Volgende week leest u meer over de ontwikkeling van de lage temperatuur laserflitsapparatuur, de nieuwe producten NanoFlash en MicroFlash^®® en de eerste LFA met Xenon lichtbron tot 1250°C. Blijf op de hoogte!